1 | P a g e
2 | P a g e
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ... 2
MANAJERIAL LABORATORIUM FISIKA DASAR FT UNTIRTA ... 3
PERATURAN PELAKSANAAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR FT UNTIRTA ... 4
PENGUKURAN... 7
PESAWAT ATWOOD ... 20
HUKUM KEKEKALAN MOMENTUM ... 25
MOMEN INERSIA ... 31
BANDUL REVERSIBEL ... 39
TETAPAN PEGAS ... 43
PANAS JENIS DAN KALORIMETER ... 49
STRUKTUR LAPORAN ... 54
3 | P a g e
MANAJERIAL LABORATORIUM FISIKA DASAR FT UNTIRTA TAHUN AKADEMIK
2018/2019
KOORDINATOR LABORATORIUM Ir. Ri Munarto, M.Eng.
ASISTEN LABORATORIUM
1. Adam Andi Nugroho T. Metalurgi
2. Aisyah T. Kimia
3. Ahmad Fauzi T. Mesin
4. Chintya Nur Ramdhani T. Metalurgi
5. Danur Eka Riyanto T. Elektro
6. Erdi Sofyandra Adikri T. Metalurgi
7. Fahmy Al Fariq T. Mesin
8. Faisal Bestari T. Mesin
9. Fitri Viviyana T. Metalurgi
10. Fuji Dwi Putri T. Kimia
11. Hardian Syaputra T. Elektro
12. Kadek Andika Dwi Putra T. Metalurgi
13. Karla Karmala T. Metalurgi
14. Muchamad Ismettulloh T. Kimia
15. Muhammad Ramadhan T. Kimia
16. Muhammad Rifqi Hafizh T. Elektro 17. Nindya Carolin C.S. T. Kimia 18. Rico Managam I. S. T. Industri
19. Saputra T. Metalurgi
20. Siti Aisah T. Kimia
21. Uli Artha Br Manurung T. Metalurgi
4 | P a g e
PERATURAN PELAKSANAAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR FT UNTIRTA
PERATURAN DAN TATA TERTIB PRAKTIKUM A. Kehadiran
1. Praktikan wajib hadir 15 menit sebelum praktikum dimulai.
2. Keterlambatan kurang dari 10 menit dari waktu praktikum dikenai SANKSI 1.
3. Keterlambatan lebih dari 10 menit dari waktu praktikum dikenai SANKSI 3.
4. Keterlambatan lebih dari 30 menit dari waktu praktikum dikenai SANKSI 4.
5. Praktikan yang berhalangan hadir karena sakit wajib disertai dengan surat keterangan sakit yang diserahkan ke Laboratorium Fisika Terapan paling lambat dua hari setelah jadwal praktikum yang seharusnya.
6. Bagi praktikan yang berhalangan hadir karena alasan akdemik diperbolehkan melakukan change shift dengan praktikan lainnya sesuai dengan modul yang dipraktikumkan.
7. Praktikan yang melakukan changeshift wajib mengisi form changeshift maksimal 1 hari sebelum jadwal praktikum seharusnya bersama rekan changeshiftnya.
8. Shifting diperbolehkan pada jadwal praktikum yang kosong(apabila praktikan yang memiliki jadwal tidak hadir) sesuai dengan modul yang akan dipraktikumkan.
9. Praktikan yang melakukan shifting wajib datang menyerahkan kartu praktikum maksimal 30 menit sebelum jadwal praktikum.
10. Praktikan hanya diperbolehkan melakukan shifting satu kali.
5 | P a g e B. Persyaratan Mengikuti Praktikum
1. Praktikan wajib berpakaian rapih dan sopan, mengenakan kemeja berkerah, sepatu, dan jas almamater.
2. Praktikan wajib membawa modul, kartu praktikum, buku laporan praktikum, lembar tes pendahuluan.
3. Praktikan wajib membuat ringkasan materi yang berkaitan dengan modul yang akan dipraktikumkan pada log book sedikitnya 4 (empat) halaman penuh. Sumber materi tidak diperkenankan menyalin dari modul.
4. Praktikan tidak diperkenankan mengikuti praktikum sebelum semua persyaratan dipenuhi.
C. Pelaksanaan Praktikum
1. Praktikan wajib menaati tata tertib yang berlaku di Laboratorium Fisika Terapan.
2. Praktikan wajib memelihara kebersihan dan bertanggung jawab atas keutuhan alat-alat praktikum. Apabila terjadi kerusakan pada alat praktikum dan fasilitas Laboratorium Fisika Terapan menjadi tanggung jawab praktikan yang bersangkutan.
3. Praktikan dilarang membawa makanan, minuman, obat-obatan terlarang, dan barang-barang yang membahayakan ke dalam Laboratorium Fisika Terapan.
4. Praktikan wajib menjaga suasana kondusif selama praktikum berlangsung.
Apabila praktikan mengganggu jalannya praktikum dapat dikenakan sedikitnya SANKSI 2.
5. Praktikan tidak diperkenankan menggunakan alat komunikasi. Jika praktikan melanggar dapat dikenakan SANKSI 2.
6. Praktikan wajib mengikuti petunjuk yang diberikan oleh Asisten dan Dosen Laboratorium Fisika Terapan.
7. Praktikan wajib menggunakan kalkulator Scientific untuk melakukan pengolahan data.
6 | P a g e SANKSI-SANKSI
1. SANKSI 1: Bobot nilai tes pendahuluan dikurangi 5%.
2. SANKSI 2: Bobot nilai tes pendahuluan dikurangi 10%.
3. SANKSI 3: Nilai tes pendahuluan 0 (nol) .
4. SANKSI 4: Tidak diperkenankan mengikuti praktikum.
7 | P a g e
Modul 01
PENGUKURAN
A. Tujuan Percobaan
1. Mempelajari cara pengukuran menggunakan jangka sorong, micrometer sekrup dan neraca teknis.
2. Memahami cara mengetahui nilai ralat (error) dari percobaan.
B. Teori Dasar
Pengukuran adalah proses perbandingan suatu besaran dengan besaran standar yang sejenis. Secara umum pengukuran dapat digambarkan seperti dibawah ini,
Gambar 1.1 Diagram umum pengukuran
Besaran adalah sejumlah tertentu dari sesuatu yang dapat dinyatakan secara fisik, contohnya panjang, berat dan energi. Besaran standar adalah besaran yang telah disepakati dan diakui secara meluas, sebagai pembanding terhadap besaran lain yang sejenis. Besaran standar dan satuannya dikelompokkan atas dua jenis yaitu:
1) Besaran Pokok 2) Besaran Turunan
Besaran pokok adalah besaran dan satuan tunggal, sedangkan besaran turunan adalah besaran dan satuan yang merupakan kombinasi dari berbagai besaran dan satuan pokok. Berikut ini adalah besaran- besaran pokok :
Tabel 1.1 Besaran dan Satuan Standar Pokok
8 | P a g e
Nama Besaran Satuan
Nama Simbol Besaran Pokok
Panjang Massa Waktu Arus Listrik Temperatur Thermodinamik
Jumlah Zat Intensitas Cahaya
meter kilogram second Ampere Kelvin mole candella
[m]
[kg]
[s]
[A]
[K]
[mole]
[cd]
Pada percobaan ini, kita akan mencoba untuk melakukan pengukuran untuk besaran panjang dan massa. Untuk besaran panjang, pengukuran akan dilakukan menggunakan jangka sorong dan micrometer sekrup. Sedangkan untuk besaran massa, pengukuran dilakukan menggunakan neraca teknis.
Jangka sorong adalah alat ukur untuk mengukur besaran panjang.
Di mana alat ukur ini dipakai untuk pengukuran yang memerlukan ketelitian sampai dengan 0,1 mm.
Gambar 1.2 Jangka sorong dengan bagian-bagiannya Beberapa pengukuran dengan memakai jangka sorong
a. Untuk mengukur panjang atau diameter luar benda.
9 | P a g e Cara penggunaannya, benda diletakkan diantara rahang (A1 – A2), kemudian tekan dan doronglah pada roda F secara perlahan dengan ibu jari sehingga rahang menjepit benda. Kemudian bacalah nilai ukur pada skala utama (D1 atau D2) dan skala nonius (E1 atau E2).
b. Untuk mengukur diameter dalam benda.
Caranya masukkan rahang (B1 – B2) kedalam lubang atau diameter bagian dalam dan tariklah roda F secara perlahan dengan ibu jari sehingga rahang mengenai tepi lubang benda. Kemudian bacalah nilai ukur pada skala utama (D) dan skala nonius (E).
c. Untuk mengukur kedalaman benda.
Caranya masukkan bagian ekor jangka sorong (C1 – C2) kedalam lubang dan tariklah roda F secara perlahan kebelakang hingga bagian belakang jangka sorong terlihat. Kemudian bacalah nilai ukur pada skala utama (D) dan skala nonius (E).
Salah satu jenis mikrometer yang sering dipakai adalah mikrometer sekrup yang mempunyai ketelitian 0,01 mm.
Gambar 1.3 Mikrometer sekrup dan bagian-bagiannya
a) Mikrometer sekrup terdiri dari bagian yang diam (rangka F), padanya terdapat alas A1 dan skala utama B. Bagian yang bergerak yaitu sekrup (D) berskala C, silinder A2 dan sekrup pemutar halus (E).
10 | P a g e b) Skala C ikut berputar dengan sekrup D, skala C dibagi dalam 50 skala
dan bila D berputar satu putaran, maka C dan juga A2 akan maju/mundur sejauh 0,5 mm terhadap skala B. Jadi satu bagian skala pada C adalah sama dengan 0,01 mm. Sedangkan pembagian skala pada B adalah 1 mm dan 0,5 mm.
c) Untuk cara pengukurannya, benda diletakkan antara alas A1 dan A2, kemudian sekrup D diputar sampai A1 dan A2 menyinggung benda.
Jangan terlalu memutar sekrup K hingga benda tertekan karena berakibat pada pengukuran yang salah.
d) Tebal benda (A1 - A2) adalah jumlah skala B ditambah skala C.
e) Contoh pembacaan skala (perhatikan gambar)!
Hasil pengukuran menunjukkan tebal benda adalah sebesar (4,17 ± 0,002) mm.
Angka 4 diperoleh dari skala B, angka 0,17 diperoleh dari skala C. angka 0,002 adalah angka kesalahan dari mikrometer sekrup (20% dari skala terkecil).
f) Sebelum melakukan pengukuran periksalah dahulu titik nolnya (koreksi titik nol) yaitu dengan jalan memutar sekrup D sehingga A1 - A2 berimpit dan periksalah apakah angka nol pada skala C berimpit dengan garis melintang pada skala B. Bila penunjukkan positif, maka pengukuran harus dikurangkan dan sebaliknya jika negatif, pengukuran harus ditambahkan.
g) Perhatian!!!
Memutar D tidak boleh terlalu keras, supaya benda yang diukur tidak rusak/berubah bentuknya dan juga agar mikrometer sekrup tidah mudah rusak.
Bila A1 - A2 sudah dekat dengan benda maka jangan memutar D lagi, melainkan putarlah E sampai titik A2 tidak maju lagi.
11 | P a g e Neraca Teknis adalah suatu alat yang digunakan untuk mengukur berat dari suatu benda secara teliti.
Gambar 1.4 Neraca Teknis dan Bagian-Bagiannya Cara Menggunakannya adalah sebagai berikut :
a) Perhatikan batas maksimum dari setiap neraca teknis demikian pula batas minimunnya (C)
b) Sebelum menimbang periksalah kedudukan neraca apakah sudah berdiri tegak (dilihat dari bandul D) dan perlu juga diperhatikan adalah praktikan tidak diperkenankan mengubah skrup pengatur F.
c) pada umumnya jarum gandar B tidak dapat berhenti karena pengaruh dari luar (angin). Oleh karena itu, dianjurkan untuk digunakan dalam ruangan tertutup.
d) Dalam melakukan penimbangan, peletakan anak timbangan adalah disebelah kanan dan benda yang akan ditimbang diletakkan disebelah kiri (standar Laboratorium).
e) Waktu meletakkan atau mengambil anak timbangan hanya diperbolehkan bila ”Jarum gandar B” berhenti berayun.
f) Anak timbangan sama sekali tidak boleh dipegang atau disentuh dengan tangan dianjurkan untuk menggunakan alat penjepit.
12 | P a g e g) Zat yang dapat merusak pinggan neraca (A) dilarang diletakkan
dipinggan, tetapi harus dibersihkan dulu.
h) Pada waktu melepas alat penahan (E) harus dijaga agar simpangan jarum tidak terlalu besar.
i) Penimbangan dianggap selesai bila jarum petunjuk telah tepat pada titik nol (Titik setimbang).
MACAM RALAT
Ditinjau dari sebab timbulnya ralat atau kesalahan dibagi menjadi tiga macam, yaitu:
Ralat Sistematik
Ralat Sistematik adalah ralat yang bersifat tetap dan disebabkan oleh:
a. Alat
Kalibrasi alat salah, misalkan pembagian skala keliru, kondisi alat berubah dan lain-lain.
b. Pengamat
Ketidakcermatan pengamat dalam membaca, misalkan membaca skala.
c. Kondisi Fisik Pengamat
Kondisi fisik pada saat pengamatan tidak sesuai dengan kondisi pada waktu alat ditera.
d. Metode Pengamatan
Ketidaktepatan pemilihan metode pengamatan akan mempengaruhi hasil pengamatan.
Ralat Kebetulan
Dalam pengukuran berulang-ulang untuk suatu besaran fisis yang dianggap tetap ternyata memberikan hasil yang berbeda-beda. Kesalahan-kesalahan yang terjadi pada pengamatan ini disebut dengan ralat kebetulan. Adapun faktor-faktor penyebabnya adalah:
13 | P a g e a). Kesalahan Menaksir
Misalkan penaksiran harga skala terkecil oleh pengamat akan berbeda dari waktu ke waktu atau oleh satu orang dengan yang lain.
b). Kondisi Fisik Berubah
Misalkan karena suhu dan tekanan berubah mempengaruhi pengukuran titik didih air.
c). Gangguan
Misalkan getaran mekanik mempengaruhi gerakan miliamperemeter sehingga arus yang terbaca berubah.
d). Definisi
Misalkan pengukuran diameter pipa, karena penampang pipa tidak bulat betul dianggap bulat sehingga mempengaruhi pengukuran diameternya.
Ralat Kekeliruan Tindakan
Kekeliruan tindakan dalam percobaan bagi pengamat ada dua hal yaitu : a). Salah Berbuat
Misalkan salah dalam membaca skala, salah pengaturan kondisi alat, salah perhitungan (misalkan ayunan 10 kali dihitung 9 kali)
b). Salah dalam perhitungan terutama dalam perhitungan ralat PERHITUNGAN RALAT
Dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwa kesalahan dalam pengukuran tidak dapat dihindari, yang dapat dilakukan hanyalah memperkecil kesalahan tersebut sekecil-kecilnya. Apabila ralat kekeliruan tindakan dan ralat sistematik dapat dihindari maka yang tinggi adalah ralat kkebetulan. Untuk memperkecil ralat ini harus dilakukan pengukuran berulang, makin banyak pengukuran makin
14 | P a g e baik. Tetapi tidak semua pengamatan dapat diulang, dalam hal ini praktikan hanya dapat melakukan pengamatan sekali saja. Karena itu ralatnya adalah setengah skala terkecil (untuk hal ini hanya dapat dilakukan bila keadaan benar-benar terpaksa).
Dalam perhitungan ralat yang ditimbulkan oleh ralat kebetulan ada dua hal yang harus diperhitungkan, yaitu ralat hasil pengamatan langsung dan ralat perhitungan (ralat rambatan).
Ralat Langsung (Ralat Pengamatan)
Untuk besaran yang diperoleh secara langsung dari pengukuran (pengamatan), maka nilai terbaiknya adalah nilai rata-rata dari besaran tersebut (yang diukur berulang-ulang). Misalkan suatu besaran x diukur sebanyak k kali dengan nilai-nilai terukur adalah,
x1, x2, …, xk = xi
nilai terbaiknya adalah x, yaitu:
x = k 1
k
i
xi
1
Sedang selisih antara nilai-nilai terukur dengan x dinamakan deviasi ( ) yang dapat dituliskan sebagai berikut:
x = xi - x
Dapat dibuktikan bahwa nilai rata-rata dari deviasi (persamaan diatas) adalah :
k
1
k
i
x
1
i = 0
15 | P a g e Karena
ki
x
1
i = 0
Juga dapat dibuktikan bahwa jika yang diambil sebagai nilai terbaik adalah x dari nilai-nilai terukur, maka jumlah dari deviasi-deviasi kuadratnya adalah minimum, yaitu :
k
i
x
1
i adalah minimum.
Untuk menunjukan kesalahan (ralat) kebetulan secara kuantitatif, didefinisikan beberapa pengertian :
a). Deviasi Rata-Rata : a =
k
i
xi 1
b). Deviasi rms (root mean square deviation) : srms = 1k
(xi)2c). Deviasi Standar Individual :
sx =
) 1 (
) (
1 2
k x
k
i
i
d). Deviasi Standar Rata-Rata :
sx =
) 1 (
) (
1 2
k k
x
k
i
i
e). Deviasi Rata-Rata Fraksional atau Relatif :
16 | P a g e A = (a/x) . 100%
f). Deviasi Standar Fraksional atau Relatif : S = (s/x) . 100%
Hasil pengukuran yang dikemukakan adalah : x = x x
Sedangkan ralat nisbi atau relatifnya tentu saja sama dengan :
x
x
100% = 100% x
sx
Jadi hasil akhir pengukuran adalah : x = x
sx Contoh :
Menghitung panjang suatu balok dengan tiga kali pengukuran, diperoleh data sebagai berikut:
Pengukuran 1 : 3,5 cm
Pengukuran 2 : 3,6 cm
Pengukuran 3 : 3,4 cm
n Pn Pa |ðP| |ðP|2 SP SR Pa ± SP 1 3,5
3,5
0 0
0,00667 0,1 2,86% 3,5 ± 0,1
2 3,6 0,1 0,01
3 3,4 0,1 0,01
10,5 0,2 0,02
Contoh Perhitungan:
17 | P a g e
n : Banyaknya pengambilan data (3 kali)
Pn : Harga terukur
Pn : Rata – Rata Harga terukur
5 , 3 3
4 , 3 6 , 3 5 ,
3
n P
P : deviasi yaitu selisih dari harga terukur dengan rata – rata harga terukur,
P = 3,6 – 3,5 = 0,1
P2 : Deviasi kuadrat
P2= 0,12= 0,01
= n
P2= 3 02 ,
0 = 0,006667
SP =
1
2
nP =
1 3
02 , 0
= 0,1
SR = Pn
SP x 100% = 100% 5
, 3
1 ,
0 x = 2,86%
Ralat Tidak Langsung (Perambatan Ralat)
Jika suatu besaran fisis tidak terukur secara langsung tetapi dihitung dari unsur–unsurnya, misalkan volume kubus dihitung dari sisi–sisi yang diukur, kecepatan dihitung dari jarak yang ditempuh dibagi dengan waktu tempuh dan lain-lain.
Contoh :
Diketahui dimensi dari suatu balok adalah :
18 | P a g e Panjang (P) = 3,5 cm
Lebar (l) = 3 cm
Tinggi (t) = 2 cm
Sehingga volume dari balok tersebut adalah :
21 3
2 3 5 . 3
cm t l P V
lt
P V .
= 2 x 3 = 6 cm2
Pt
l V .
= 3,5 x 2 = 7 cm2
lP
t V .
= 3 x 3,5 = 10,5 cm2
3
2 2
2
2 2
2
5 . 10 7
1 . 0 6
cm xxx
St Sl
t St Sl V
l SP V
P SV V
21 xxxcm3
SV
V
C. Alat-alat Percobaan
Adapun alat-alat percobaan yang digunakan, sebagai berikut : Tabel 1.2. Alat-alat Percobaan Gerak Jatuh Bebas
19 | P a g e
No Nama Alat Jumlah
1. Jangka Sorong 1
2. Mikrometer sekrup 1
3. Neraca Teknis 1
4. Keping Benda yang diukur 1
D. Prosedur Percobaan
a. Pengukuran menggunakan jangka sorong 1. Siapkan keping dan jangka sorong
2. Ukurlah panjang keping dengan menggunakan jangka sorong pada tiga titik yang berbeda. Pastikan pada saat mengukur titik ukur lurus.
3. Ukurlah lebar keping dengan menggunakan jangka sorong pada tiga titik yang berbeda. Pastikan pada saat mengukur titik ukur lurus.
4. Catatlah data yang didapat pada blangko percobaan.
b. Pengukuran menggunakan micrometer sekrup 1. Siapkan keping dan micrometer sekrup
2. Ukurlah tebal keping dengan menggunakan micrometer sekrup pada tiga titik yang berbeda. Pastikan pada saat mengukur titik ukur lurus.
3. Catatlah data yang didapat pada blangko percobaan.
c. Pengukuran menggunakan neraca teknis
1. Siapkan keping dan taruh keping pada salah satu sisi neraca teknis.
2. Lalu simpan anak timbangan pada sisi lain neraca teknis hingga neraca dalam keadaan setimbang. Lalukan pengukuran sebanyak tiga kali.
3. Catatlah data yang didapat pada blangko percobaan.
E. Tugas Analisis/Pembahasan
1. Hitunglah nilai ralat langsung dari data yang didapat pada percobaan diatas dan buat dalam bentuk tabel!
2. Hitunglah nilai volume dan ralat tidak langsung dari percobaan diatas!
3. Hitunglah nilai densitas dan ralat tidak langsung dari percobaan diatas!
20 | P a g e
Modul 02
PESAWAT ATWOOD
A. Tujuan Percobaan
1. Mengenal besaran fisis momen inersia.
2. Mengenal Hukum Newton melalui sistem katrol.
3. Mengamati gerak dipercepat dan gerak dengan kecepatan tetap.
4. Memeriksa apakah Hukum Newton berlaku baik terhadap sistem katrol.
5. Menghitung harga momen inersia katrol bila percepatan gravitasi diketahui.
B. Teori Dasar
1) Hukum Newton I: Jika suatu sistem (benda) tidak mendapat gaya dari luar, maka sistem itu akan tetap dalam keadaannya.
∑F = 0 ... [2.1]
2) Hukum Newton II, ditulis secara matematis :
F = m·a ... [2.2]
di mana,
F: gaya yang bekerja pada sistem (N) m: massa benda (kg)
a: percepatan yang dialami benda (m/s2) 3) Kesimpulan dari persamaan di atas:
a) Arah percepatan benda sama dengan arah gaya yang bekerja pada benda tersebut.
b) Besarnya percepatan sebanding dengan gayanya. Bila gayanya konstan, maka percepatan yang timbul juga akan konstan.
c) Bila pada benda bekerja gaya, maka benda akan mengalami percepatan. Sebaliknya bila kenyataan dari pengamatan benda mengalami percepatan maka tentu ada gaya yang menyebabkannya.
4) Persamaan gerak untuk percepatan yang tetap
21 | P a g e t
a V Vt 0
... [2.3]
2 12 0
0 V t at
X
Xt
... [2.4]
0
2 0
2 V 2a X X
V t
... [2.5]
5) Benda yang bergerak melingkar melalui poros:
Jika sebuah benda dapat bergerak melingkar melalui porosnya, maka pada gerak melingkar ini akan berlaku persamaan gerak yang ekivalen dengan persamaan gerak linier. Dalam hal ini ada besaran fisis momen inersia I yang ekivalen dengan besaran fisis massa (m) pada gerak linear. Momen inersia (I) suatu benda pada poros tertentu harganya sebanding dengan massa benda terhadap porosnya (harga tersebut adalah harga yang tetap).
I ~ m I ~ r2
6) Untuk sebuah katrol dengan beban-beban seperti pada Gambar 2.1, maka berlaku persamaan seperti berikut (bila dianggap M1 = M2 = M):
2M m Ir2
a mg
... [2.5]
22 | P a g e A
C B
M2
M1
Gambar 2.1 Katrol dengan Beban (Pesawat Atwood)
Pada saat M2 berada di titik A dan diberi beban tambahan m, maka terjadi gerak dipercepat dengan persamaan [2.5]. Saat melalui lubang B, benda m akan tertinggal dan M2 lolos melalui lubang B dan menuju titik C dengan kecepatan konstan. Karena M1 = M2, maka M2+m berada di titik A.
Jika M1 dilepas dari klem, maka M2+m akan turun dari titik A ke C melewati titik B dengan gerak dipercepat.
C. Alat-alat Percobaan
Adapun alat-alat percobaan yang digunakan yaitu sebagai berikut:
Tabel 1.2 Alat-alat Pesawat Atwood
No. Alat Jumah
1. Alat Pesawat Atwood 1 set
2. Tali penggantung :Benang nilon 1 m
3. Pemegang beban pegas 1 buah
4. Neraca 1 buah
23 | P a g e 5. Beban Penggantung M1 dan M2 @ 100 g @ 1 buah
6 Beban tambahan m 20 g 2 buah
7. Penahan beban berlubang dan tanpa lubang @ 1 buah
8. Penggaris 1 buah
9 Stopwatch 1 buah
D. Prosedur Percobaan
1. Timbang massa M1, M2, m1 dan m2 masing-masing sebanyak 3 kali.
2. Gantungkan massa beban utama dan pada ujung-ujung tali kemudian pasang pada katrol..
3. Pasangkan pada pemegang beban berpegas, selidiki apakah tiang sejajar dengan tali. Jika tidak aturlah sampai sejajar
4. Tambahkan beban m pada beban M2! (Perhatikan Gambar 2.1!)
5. Tekan pegas pada pemegang beban, maka M1 akan terlepas dari pemegang beban dan bergerak ke atas, sedangkan M2 + m akan bergerak ke bawah
6. Catat waktu perpindahan M2+m dari A ke B (t1) dan dari B ke C (t2)!
7. Ulangi pengamatan sebanyak tiga kali untuk setiap jarak yang ditentukan asisten.
a. Percobaan A: jarak A-B tetap, jarak B-C berubah b. Percobaan B: Jarak A-B berubah, jarak dan B-C tetap.
Hal-hal yang perlu diperhatikan:
1. Pastikan tiang Pesawat Atwood berdiri tegak (tidak miring).
2. Pastikan pesawat tidak oleng ketika M1 dilepaskan.
3. Hindari mengubah kedudukan katrol.
4. Cara mengukur jarak XAB dan XBC karena beban tambahan m akan terlepas ketika bagian atas M2 melewati titik B dan M2 akan berhenti saat bagian bawahnya menyentuh titik C.
5. Waktu t1 (dari A ke B) mulai dicatat bersamaan dengan saat M1
dilepas.
24 | P a g e E. TUGAS ANALISIS/PEMBAHASAN
a. Pada percobaan A, hitung percepatan rata-rata benda yang bergerak pada jarak A–B, menggunakan persamaan 2.4! Bahas hasilnya!
b. Pada percobaan B, hitung kecepatan benda yang bergerak pada jarak B–C, untuk masing-masing variasi percobaan menggunakan persamaan Gerak Lurus Beraturan (GLB) kemudian tabulasikan pada tabel!
c. Untuk percobaan A, buat grafik antara kecepatan ( ) terhadap waktu ( ), lalu bahas!
d. Pada percobaan B, hitung kecepatan rata-rata benda yang bergerak pada jarak B–C, menggunakan persamaan Gerak Lurus Beraturan (GLB)! Bahas hasilnya!
e. Pada percobaan B, hitung percepatan benda yang bergerak pada jarak A–B, untuk masing-masing variasi percobaan menggunakan persamaan 2.4 kemudian tabulasikan pada tabel!
f. Untuk percobaan B, buat grafik antara percepatan ( ) terhadap waktu ( ), lalu bahas!
g. Berdasarkan hasil percepatan yang diperoleh dari percobaan A dan B ( dan ), hitung nilai momen iniersia katrol ( dan ) menggunakan persamaan 2.5, lalu bandingkan hasilnya! (Diameter katrol = 12 cm; percepatan gravitasi = )
h. Bahas faktor-faktor yang mempengaruhi kesalahan pada percobaan ini!
25 | P a g e
MODUL 03
HUKUM KEKEKALAN MOMENTUM
A. Tujuan Percobaan
1. Memverifikasi Hukum Kekekalan Momentum.
2. Membedakan tumbukan elastis dan tumbukan tidak elastis.
B. Teori Dasar
Jika ditinjau tumbukan antara dua benda yang bermassa dan seperti diperlihatkan dalam gambar 3.1. Dalam selang tumbukan yang sangat singkat kedua benda saling memberikan gaya pada yang lainnya.
Menurut Hukum Newton ketiga, pada setiap saat gaya yaitu gaya yang bekerja pada benda A oleh benda B sama besar dan berlawanan arah dengan yaitu gaya pada benda B oleh benda A.
Gambar 3.1 Benda A dan B saling bertumbukan
Perubahan momentum pada benda A akibat tumbukan ini adalah:
dengan adalah harga rata-rata gaya dalam selang waktu tumbukan . Perubahan momentum benda B akibat tumbukan adalah:
dengan adalah harga rata-rata gaya dalam selang waktu tumbukan .
26 | P a g e Jika tidak ada gaya lain yang bekerja maka, dan menyatakan perubahan momen tum total masing-masing benda. Tetapi telah ketahui bahwa pada setiap saat sehingga dan karena itu . Jika kedua benda kita anggap sebagai sebuah sistem terisolasi, maka momentum total sistem adalah . Jadi, jika tidak ada gaya luar yang bekerja maka tumbukan tidak mengubah momentum total sistem. Gaya impulsif yang bekerja selama tumbukan merupakan gaya internal, karena itu tidak mempengaruhi momentum total sistem. Momentum dapat juga diperoleh dari hasil kali besaran skalar massa dengan besaran vektor kecepatan, sehingga momentum termasuk besaran vektor.
... (3.1) Misalkan 2 buah benda (A dan B) dengan massa dan bergerak dengan kecepatan dan . Kecepatan benda setelah tumbukan
dan . Hukum kekekalan momentum dapat kita tuliskan:
... (3.2) Jika kita dapat mengukur kecepatan kedua sistem sebelum dan sesudah tumbukan, massa benda bisa kita ketahui, maka Hukum Kekekalan Momentum dapat kita buktikan.
a. Tumbukan Lenting Sempurna
Jika kedua benda memiliki massa yang sama besar
dan benda A mula-mula diam . Benda B mendekati dan menumbuk benda A dengan kecepatan maka kita akan mendapatkan nilai dan , artinya kedua benda bertukar kecepatan. Untuk benda dengan massa berbeda dan benda A mula-mula diam persamaan (3.2) menjadi
... (3.3)
27 | P a g e b. Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali
Jika massa benda A dan B sama besar, benda A mula-mula diam, dan benda B bergerak dengan kecepatan . Setelah tumbukan kecepatan kedua benda sama besar maka kecepatan benda setelah tumbukan menjadi
Jika kedua benda memiliki kecepatan mula-mula tetapi untuk arah yang sama maka kecepatan benda setelah tumbukan menjadi . Jika massa kedua benda tidak sama persamaan (3.2) menjadi
... (3.4)
C. Alat-alat Percobaan
Adapun alat-alat percobaan yang digunakan adalah sebagai berikut:
Tabel 3.1 Alat-alat Percobaan Hukum Kekekalan Momentum
No. Alat Jumah
1. Alat Rel Udara 1 set
2. Kereta 2 buah
3. Pegas tumbuk 2 buah
4. Beban 1 set
5. Gerbang cahaya (photo gate) 2 buah
6. Pencacah pewaktu (timer counter AT 01) 1 set
7. Velcro 2 buah
8. Penghalang cahaya dua jari 3 cm 2 buah
D. Prosedur Percobaan a. Persiapan Alat
1. Susunlah alat seperti gambar 3.1.
2. Nyalakan peniup (blower).
3. Periksalah kerataan lintasan.
28 | P a g e 4. Pasangkan penghalang cahaya dengan jarak
5. Pasang pegas tumbuk pada 2 buah kereta yang bermassa sama.
6. Timbang kereta A dan B sebanyak 3 kali.
7. Timbang kereta + beban tambahan sebanyak 3 kali.
Gambar 3.2 Susunan Alat Rel Udara b. Tumbukan Lenting Sempurna
1. Letakkan kereta di atas rel.
2. Kereta A dalam keadaan diam diantara 2 gerbang cahaya.
3. Letakkan kereta B diatas rel, lalu dorong kereta B sehingga bergerak dengan kecepatan yang besarnya dapat diukur melalui gerbang cahaya (lihat gambar 3.2).
4. Amati selang waktu kereta yang melewati gerbang cahaya kemudian catat waktu yang diperoleh.
5. Ulangi percobaan di atas dengan mengubah massa kereta dengan menambahkan beban tambahan, lalu catat hasilnya.
6. Lakukan untuk beberapa kali dengan dorongan yang berbeda-beda.
29 | P a g e Gambar 3.3 Susunan alat percobaan tumbukan lenting sempurna
c. Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali
1. Pasang Velcro pada kedua kereta dan penghalang cahaya hanya pada salah satu kereta.
2. Letakkan kereta A di antara kedua gerbang cahaya.
3. Letakkan kereta B pada rel, lalu dorong kereta B sehingga menumbuk kereta A (setelah tumbukan kedua kedua kereta akan bergerak bersama-sama).
4. Amati seelang waktu kereta melewati gerbang cahaya sebelum dan sesudah tumbukan pada penghitung waktu kemudian catat hasilnya.
5. Ulangi langkah 2 s.d. 4 dengan menambahkan beban tambahan pada kereta kemudian catat hasilnya.
6. Lakukan untuk beberapa dorongan yang berbeda-beda.
Gambar 3.4 Susunan alat percobaan tumbukan tidak lenting sama sekali
30 | P a g e E. Tugas Analisis/Pembahasan
a. Tumbukan Lenting Sempurna
1. Hitung kecepatan, kereta A dan B sebelum tumbukan dan setelah tumbukan!
2. Hitung momentum, dengan menggunakan persamaan (3.1)!
3. Bandingkan momentum, kereta sebelum tumbukan dan setelah tumbukan! Bahas apakah hasil yang diperoleh menunjukan bahwa Hukum Kekekalan Momentum berlaku!
4. Berdasarkan percobaan, bahas faktor-faktor yang mempengaruhi Hukum Kekekalan Momentum!
5. Jelaskan faktor-faktor kesalahan yang mempengaruhi hasilnya!
b. Tmbukan Tidak Lenting Sama Sekali
1. Hitung kecepatan, kereta A dan B sebelum tumbukan dan setelah tumbukan!
2. Hitung momentum, dengan menggunakan persamaan (3.1)!
3. Bandingkan momentum, kereta sebelum tumbukan dan setelah tumbukan! Bahas apakah hasil yang diperoleh menunjukan bahwa Hukum Kekekalan Momentum berlaku!
4. Berdasarkan percobaan, bahas faktor-faktor yang mempengaruhi Hukum Kekekalan Momentum!
5. Jelaskan faktor-faktor kesalahan yang mempengaruhi hasilnya!
31 | P a g e
Modul 04
MOMEN INERSIA
A. Tujuan Percobaan
1. Menentukan konstan pegas spiral Alat Momen Inersia.
2. Menentukan momen inersia diri Alat Momen Inersia.
3. Menentukan momen inersia benda dengan mengukur massa serta ukuran geometrinya.
4. Menghitung momen inersia benda dengan mencari periode osilasinya.
B. Teori Dasar a. Pendahuluan
Sebuah gaya bekerja pada benda tegak lurus terhadap , dengan adalah jari-jari benda, besarnya torka yang bekerja pada benda tersebut dapat dituliskan:
... (4.1) Apabila torka tersebut yang bekerja pada suatu sistem benda yang putarannya ditahan oleh pegas spiral, dalam hal ini adalah alat-alat momen inersia, besarnya torka tersebut sebanding dengan simpangan, yang dapat dituliskan:
... (4.2) dengan adalah konstanta spiral. Dari persamaan (4.1) dan (4.2) dapat diperoleh
... (4.3) Persamaan (4.3) menunjukan bahwa simpangan sebanding dengan gaya, sehingga apabila dibuat grafik simpangan terhadap gaya dapat berupa garis lurus. Torka yang bekerja pada alat momen inersia sebanding dengan momen inersia, dan percepatan sudut, yang dapat dituliskan:
... (4.4)
32 | P a g e Persamaan (4.2) dapat dituliskan kembali menjadi
atau
... (4.5) dengan adalah momen inersia benda terhadap sumbu putar.
Persamaan (4.4) merupakan persamaan gerak osilasi sederhana dengan periode
... (4.6) Dari persamaan (4.5) kita dapat mengetahui besar momen inersia diri Alat Momen Inersia dengan mengukur periode osilasinya
... (4.7) dengan adalah momen inersia diri dan adalah periode diri Alat Momen Inersia.
b. Momen Inersia Benda
Sebuah sistem yang terdiri dari tiga buah partikel dengan massa , dan membentuk suatu benda tegar seperti tampak pada gambar 4.1.
33 | P a g e Gambar 4.1 Sistem benda tegar dengan tiga partikel berputar dengan sumbu di O
Apabila berada pada posisi dan bergerak rotasi dengan kecepatan sudut , memiliki kecepatan kecepatan linier , momentum sudut partikel tersebut
atau
... (4.8) Dengan cara yang sama untuk dan
Besarnya momentum sudut total dapat dituliskan
... (4.9)
dengan yang dapat dituliskan
Persamaan (4.9) menunjukan hubungan antara , , dan . Hubungan ini mirip dengan hubungan antara momentum linier , dan pada gerak translasi, . Jadi besaran identik dengan massa pada gerak translasi dan disebut momen inersia bennda tegar. Untuk suatu sistem partikel yang membentuk benda tegar, momen inersianya adalah
... (4.10)
34 | P a g e Untuk suatu benda tegar dengan distribusi massa yang kontinyu, suatu elemen massa yang berjarak dari sumbu putar, momen inersia benda dapat dituliskan
Apabila diambil sangat kecil, momen inersia dapat dituliskan
dengan adalah elemen massa. Dari persamaan momen inersia diatas, kita dapat menghitung momen inersia untuk berbagai benda, seperti ditunjukkan pada tabel berikut:
Tabel 4.1 Momen Inersia Benda Tegar
No Nama Benda Letak Sumbu Momen Inersia
1 Silinder Pejal Pada sumbu silinder 2 Silinder Pejal Pada diameter pusat 3 Silinder Berongga Pada sumbu silinder 4 Bola Pejal Pada diameternya 5 Bola Berongga Pada diameternya 6 Batang Silinder Pada titik pusat 7 Batang Silinder Pada salah satu ujung
Apabila sebuah benda dipasangkan pada Alat Momen Inersia, kemuidan diosilasikan maka periode osilasinya adalah:
... (4.11) dengan adalah periode osilasi dan adalah momen inersia benda.
35 | P a g e Dari persamaan (4.7) dan persamaan (4.11). Momen inersia benda yang terpasang pada Alat Momen Inersia dapat diketahui dengan persamaan:
... (4.12) C. Alat-alat Percobaan
Adapun alat-alat percobaan yang digunakan yaitu sebagai berikut:
Tabel 4.2 Alat-alat percobaan Momen Inersia
No. Alat Jumah
1. Alat Momen Inersia 1 set
2. Gerbang cahaya (photo gate) 1 buah
3. Jangka sorong 1 buah
4. Neraca 1 buah
5. Pencacah pewaktu (timer counter AT 01) 1 set
6. Perangkat beban @ 50 g 1 buah
7. Bola pejal, silinder pejal, silinder berongga, piringan
213, piringan 174, batang silinder @ 1 buah
8. Penggaris 1 buah
9. Benang nilon 1 gulung
D. Prosedur Percobaan
a. Menentukan Konstanta Pegas
Gambar 4.2 Penyusunan alat percobaan penentuan konstanta pegas spiral dan momen inersia diri Alat Momen Inersia
36 | P a g e 1. Pasangkan alat momen inersia pada dasar statif. Ikatkan benang nilon
pada salah satu baut yang ada di tepi dudukan silinder kemudian lilitkan benang tersebut beberapa lilitan. Baringkan alat momen inersia dibagian tepi meja. Lihat gambar 4.2.
2. Timbanglah massa tiap-tiap beban.
3. Pastikan jarum penunjuk simpangan pada keadaan nol.
4. Gantungkan satu buah beban pada benang, amati simpangan yang terjadi. Catatlah sebagai ! Ulangi langkah ini sebanyak 3 kali.
5. Tambahkan 1 buah beban berikutnya dan catatlah simpangannya.
b. Menentukan Momen Inersia Diri Alat Momen Inersia
1. Tegakkan kembali kembali alat momen inersia. Buka benang yang terpasang pada dudukan silinder.
2. Pasangan gerbang cahaya pada dasar statif bila belum terpasang. Atur posisinya sehingga jarum penunjuk pada alat momen inersia dapat melintasi gerbang cahaya.
3. Hubungkan gerbang cahaya dengan alat pencacah pewaktu AT-01 (lihat gambar4.3).
4. Hubungkan alat pencacah pewaktu dengan tegangan 220 V AC kemudian nyalakan. Pilih fungsi CYCLE dengan menekan tombol FUNCTION. Tekanan tombol CH. OVER sebanyak 10 kali untuk membatasi sepuluh getaran yang akan teramati.
5. Simpangkan dudukan silinder sampai kemudian lepaskan sehingga terjadi gerakan bolak-balik atau osilasi.
6. Amati pencacah pewaktu. Pencacah pewaktu akan menghitung mundur jumlah getaran. Setelah 10 getaran alat tersebut secara otomatis akan menampilkan waktu untuk 10 getaran. Catat waktu tersebut.
7. Tekan tombol FUNCTION 1 kali untuk meng-nol-kan nilai yang taampil di layar.
8. Ulangi langkah 5 s/d 7, catat waktunya. Hitung waktu rata-rata 10 getaran, kemudian hitung periode osilasi tersebut! Catat sebagai .
37 | P a g e c. Menentukan Momen Inersia Benda
Gambar 4.3 Penyusunan alat percobaan penentuan momen inersia benda
1. Timbanglah semua benda yang akan ditentukan momen inersianya.
2. Ukurlah geometri maisng-masing benda.
3. Pasanglah bola pejal pada alat moemn inersia.
4. Hubungkan gerbang cahaya dengan alat pencacah pewaktu AT-01 (lihat gambar 4.3).
5. Hubungkan alat pencacah pewaktu dengan tegangan 220 V AC kemudian nyalakan. Pilih fungsi CYCLE dengan menekan tombol FUNCTION. Tekan tombol CH. OVER sebanyak 10 kali untuk membatasi 10 getaran yang akan teramati.
6. Simpangkan bola tersebut sebesar , kemudian lepaskan sehingga berosilasi. Catat waktu 10 getaran yang ditunjukan alat pencacah pewaktu.
7. Tekan tombol FUNCTION 1 kali untuk meng-nol-kan nilai yang ditampilkan di layar.
8. Ulangi langkah 6 dan 7 sebanyak 3 kali, catat hasil tersebut.
9. Hitung waktu 10 getaran rata-rata, kemudian hitung periode getarannya.
10. Ganti bola pejal dengan benda sesuai urutan. Lalu lakukan langkah 6 s/d 9 untuk setiap benda dan catat hasilnya.
38 | P a g e E. TUGAS ANALISIS/PEMBAHASAN
a. Beradasarkan percobaan penentuan konstanta pegas
1. Hitunglah gaya yang bekerja pada alat momen inersia yaitu dengan mengalikan massa setiap penambahan beban dengan percepatan
gravitasi, !
2. Hitung torka, (persamaan 4.1) untuk setiap gaya dengan (jari-jari dudukan silinder). Bila perlu, ukur kembali jari-jari dudukan silinder!
3. Ubahlah besarnya simpangan ke dalam satuan radian. Lalu buatlah grafik simpangan terhadap torka dan tentukan persamaan garisnya!
4. Dari slope persamaan garis atau kemiringan grafik dapat diperoleh konstanta pegas, . Bahas nilai konstanta pegas, yang diperoleh tersebut!
b. Berdasarkan percobaan penentuan momen inersia diri Alat Momen Inersia
1. Hitung momen inersia dari alat momen inersia, dengan menggunakan persamaan (4.7)!
2. Bahas hasil yang diperoleh!
c. Berdasarkan percobaan momen inersia benda
1. Hitunglah momen inersia benda secara teori (berdasarkan pengukuran geometri)!
2. Dengan persamaan (4.12) hitunglah momen inersia untuk masing- masing benda!
3. Bandingkan hasil momen inersia secara teori dan osilasi. Hitung persentase kesalahan relatifnya (%KSR)! Jelaskan faktor-faktor kesalahan pada percobaan tersebut!
4. Bandingkan hasil momen inersia masing-masing benda yang memiliki massa yang hampir sama tersebut! Bagaimana momen inersianya, sama atau berbeda? Jelaskan alasannya!
5. Jelaskan faktor-faktor kesalahan yang mempengaruhi hasilnya!
39 | P a g e
Modul 05
BANDUL REVERSIBEL
A. Tujuan Percobaan
5. Memahami konsep bandul reversibel.
6. Dapat menentukan percepatan gravitasi bumi.
B. Teori Dasar
Bandul reversibel merupakan bandul fisis yang memiliki pasangan titik tumpu dengan jarak tertentu. Bandul tersebut dapat diosilasikan pada kedua titik tumpu tersebut, dalam hal ini tittik tumpu A dan B, seperti pada Gambar 5.1. Periode bandul pada kedua titik tumpu itu dapat dibuat sama dengan mengatur letak beban B di sepanjag batang bandul.
Jika bandul ditumpu pada titik tumpu A, periodenya TA dapat dituliskan ... (5.1)
dengan IA adalah momen inersia pendulum terhadap titik tumpu A, m massa pendulum, yA adalah jarak antara titik tumpu A dan pusat gravitasi. Jika kita ganti dengan lA , persamaan (5.1) dapat tuliskan kembali
... (5.2)
40 | P a g e beban A
titik tumpu A
beban B titik tumpu B
Gambar 5.1 Percobaan bandul reversibel
Jika bandul di tumpu di B, dengan cara yang sama, periode dapat dituliskan ... (5.3) Pada saat TA samadengan TB, sehingga lA = lB = l, ini merupakan panjang ekipalen bandul dan sama dengan jarak antara kedua titik tumpu tersebut. Percepatan gravitasi dapat dihitung dengan persamaan
... (5.4) TA dan TB merupakan fungsi dari y, jarak beban B terhadap titik tumpu A.
Hubungan antara TA dan y ; dan antara TB dan y akan diketahui dari percobaan.
Dari grafik TA terhadap y dan TB terhadap y, perpotongannya menunjukkan TA = TB.
C. Alat-alat Percobaan
Adapun alat-alat percobaan yang digunakan yaitu sebagai berikut:
41 | P a g e Tabel 5.1 Alat-alat percobaan Bandul Reversibel
No. Alat Jumah
1. Bandul Reversibel 1 set
2. Gerbang cahaya 1 buah
3. Pencacah pewaktu (timer counter AT 01) 1 buah
4. Dasar statif 1 buah
5. Batang statif 500 mm 1 buah
6. Boss-head 1 set
7. Penggaris 50 cm 1 buah
D. Prosedur Percobaan
9. Pastikan jarak antara mata pisau pertama dengan mata pisau kedua berjarak 50 cm. Catatlah sebagai l.
10. Pastikan beban A sehingga berjarak 11 cm dari mata pisau pertama!
Catat sebagai yo.
11. Atur beban A sehingga berjarak 5 cm dari mata pisau pertama.
Catatlah sebagai y.
12. Simpangkan bandul sejauh kira-kira 3 cm kemudian lepaskan sehingga bandul berosilasi. Ukurlah waktu untuk 10 osilasi dengan menggunakan jam henti. Catatlah sebagai tA1.
13. Balikkan bandul sehingga mata pisau kedua berada di atas bantalan pisau.
14. Simpangkan bandul sejauh kira-kira 3 cm kemudian lepaskan sehingga bandul berosilasi. Ukurlah waktu untuk 10 osilasi dengan menggunakan jam henti. Catatlah sebagai tB1. Hitunglah periodenya, TB1.
15. Balikkan kembali bandul pada posisi semula.
16. Geser beban B sehingga jaraknya menjadi 10 cm. Catatlah sebagai y2. Lakukan langkah 4 s/d 7.
17. Lakukan langkah 4 s/d 7 untuk jarak beban B selanjutnya dengan jarak y3, y4, dan seterusnya hingga pada jarak 45 cm, dengan pergeseran beban 5 cm.
E. TUGAS ANALISIS/PEMBAHASAN
1. Buatlah grafik TA dan TB terhadap y, cari perpotongan kedua grafik tersebut, dan tentukan nilai titik potongnya sebagai perioda T!
2. Hitunglah percepatan gravitasi dengan persamaan (5.3)!
KEMENTERIAN RISET, TEKNOLOGI, DAN PENDIDIKAN TINGGI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA
LABORATORIUM FISIKA TERAPAN
Jl. Jend. Sudirman Km. 3 Cilegon 42435 Telp. (0254) 395502 Website: http://fisdas.untirta.ac.id Email: [email protected]
42 | P a g e
43 | P a g e
Modul 06
TETAPAN PEGAS
A. Tujuan Percobaan
7. Menentukan nilai tetapan pegas.
8. Menentukan hubungan antara gaya yang bekerja pada pegas dan perpanjangan pegas.
9. Mengetahui hubungan periode dan massa beban pada osilasi pegas.
10. Memeriksa pengaruh besar simpangan awal pada periode osilasi dan nilai tetapan pegas pipih.
B. Teori Dasar
Sebuah benda yang diregangkan oleh gaya akan mengalami pertambahan panjang. Menurut Hooke, bila benda masih berada dalam keadaan elastis (belum melampaui batas elastisnya), pertambahan panjang x sebanding dengan besar gaya F yang meregangkan benda. Asas ini dapat dirumuskan dalam bentuk persamaan 6.1. Pada persamaan tersebut, k adalah tetapan pegas yang diselidiki. Grafik antara F dan x akan membentuk garis lurus.
- ... (6.1) Jika sebuah benda bermassa M digantung pada ujung bawah sebuah pegas, ujung atas pegas dipasang pada titik yang tetap seperti pada Gambar 6.1, massa menarik pegas ke bawah dengan gaya berat Mg yang menyebabkan pegas teregang sehingga beban berada pada posisi O. Jika beban ditarik ke bawah oleh gaya tambahan, pegas akan mulur sejauh x sehingga berada pada titik A. Jika massa M dilepaskan, massa akan berosilasi harmonik ke atas dan ke bawah di antara dua kedudukan ekstrim A dan B (titik O adalah titik kesetimbangan beban M) dengan periode tetap. Massa tersebut dikatakan melakukan satu osilasi jika beban bergerak dari titik A kembali ke titik A, dari titik B kembali ke titik B, atau dari O kembali ke titik O setelah melewati titik A dan B. waktu yang diperlukan
44 | P a g e untuk melakukan satu osilasi disebut periode osilasi T. Jika waktu untuk n osilasi adalah t, maka periodenya adalah t/n.
Jika beban dilepaskan, gaya pemulih menurut hukum Hooke -kx menghasilkan sebuah percepatan sebagaimana diberikan oleh Hukum Newton kedua (persamaan 6.2). Persamaan 6.2 dapat diubah menjadi persamaan 6.3.
= M a ... (6.2) a = - ... (6.3) Persamaan 6.3 merupakan persamaan dasar untuk gerak harmonik sederhana dengan percepatan a sebanding dengan simpangan x, dan periodenya diberikan oleh persamaan 6.4-5.
T ... (6.4) T2 ... (6.5)
Gambar 6.1 Osilasi Beban yang Digantung pada Pegas
Suatu bahan elastik cenderung kembali ke bentuk awalnya ketika bahan itu diubah bentuknya. Elastisitas berimplikasi adanya gaya pemulih sehingga memungkinkan benda berosilasi. Benda yang bergerak secara berulang dalam interval waktu atau periode tertentu dikatakan melakukan gerak periodik. Sebagai contoh yaitu gerak periodik pada pegas pipih. Gerak periodik yang terjadi disebut gerak harmonik sederhana yang digambarkan dengan fungsi sinus atau cosinus.
x
Titik tangkap tetap
45 | P a g e C. Alat-alat Percobaan
Adapun alat-alat percobaan yang digunakan yaitu sebagai berikut:
Tabel 1.3 Alat-alat Percobaan Tetapan Pegas
No. Nama Alat Jumlah
1 Statif penggantung 1 set
2 Beban bercelah dan penggantung beban 1 set
3 Mistar 1 buah
4 Jam henti 1 buah
5 Pegas helik 1 buah
6 Pegas pipih 1 buah
7 Perangkai beban dan pengencang 1 set D. Prosedur Percobaan
d. Metode Pembebanan
1. Susun alat percobaan seperti pada Gambar 6.2.
Gambar 6.2 Rangkaian Alat Percobaan Tetapan Pegas Metode Pembebanan 2. Gantung satu beban (W0) ke ujung bawah pegas. Nilai ini adalah
berat beban awal F0 untuk pegas, sehingga F0 = W0.
Catatan: dalam percobaan ini digunakan W = m g. W adalah berat beban (N), m massa (kg), dan g adalah percepatan gravitasi (g = 10 m/detik2)
3. Ukur panjang pegas awal l0. Catat nilai F0 dan l0.
46 | P a g e 4. Tambah satu beban pada beban awal dan ukur panjang pegas l. Catat
nilai Wdan l.
5. Ulangi langkah percobaan untuk tiap penambahan satu beban.
e. Metode Osilasi
1. Susun alat percobaan seperti pada Gambar 6.2.
2. Gantung massa beban pada ujung bawah pegas.
3. Siapkan jam henti untuk mengukur waktu osilasi.
4. Beri simpangan pada pegas dengan cara menarik ke bawah sejauh 3 cm, kemudian lepaskan beban agar berosilasi di sekitar titik setimbang dan jalankan jam henti.
5. Hitung jumlah osilasi hingga sejumlah yang ditentukan asisten.
6. Berhentikan jam henti dan catat waktu yang tertera.
7. Hitung waktu yang diperlukan untuk satu kali osilasi (periode T).
8. Ulangi langkah percobaan untuk tiap penambahan satu beban.
f. Osilasi pada Pegas Pipih
1. Rangkai alat percobaan seperti pada Gambar 6.3 dan tempatkan rangkaian di dekat pinggir meja percobaan.
Gambar 6.3 Rangkaian Alat Percobaan Osilasi Pegas Pipih 2. Jepit pegas pipih dengan penjepit yang disediakan.
3. Pasang beban bercelah pada ujung pegas menggunakan perangkai beban.
47 | P a g e 4. Siapkan jam henti.
5. Ukur panjang pegas pipih mulai dari pusat massa beban di ujung pegas ke sisi depan jepitan pegas.
6. Tarik beban ke alah satu sisi pegas sedemikian rupa sehingga beban terdefleksi sejauh jarak yang ditentukan asisten dari titik setimbangnya, yaitu titik O (Gambar 6.4). Ambil salah satu titik (A atau B) sebagai titik acuan.
Gambar 6.4 Gerak Osilasi pada Pegas Pipih
7. Simpangkan pegas dari titik simpangan lalu lepaskan dan mulai hidupkan jam henti. Hitung satu osilasi ketika beban kembali ke titik acuan dalam arah gerak yang sama.
8. Lakukan hitungan sampai jumlah osilasi n yang ditentukan asisten.
Kemudian matikan jam henti. Catat waktu t yang tertera pada jam henti.
9. Hitung nilai periode osilasi T menggunakan persamaan T = t/n.
10. Ulangi langkah percobaan dengan jarak simpangan lainnya.
E. TUGAS ANALISIS/PEMBAHASAN
d. Metode Pembebanan: Hubungan Gaya dan Perpanjangan Pegas 1. Buat grafik pertambahan panjang pegas ( ) dengan perubahan besar
beban (∆F)!
2. Dari grafik, hitung kemiringan garis yang didapatkan menggunakan persamaan untuk mencari nilai tetapan pegas k!
48 | P a g e 3. Bahas nilai tetapan pegas k yang diperoleh dan keterlibatan hukum
Hooke dalam percobaan ini!
4. Berikan analisis sumber penyebab kesalahan pada hasil percobaan!
e. Metode Osilasi: Hubungan Periode dan Massa Beban
1. Jelaskan pengaruh massa beban terhadap periode osilasi pegas!
Bandingkan hubungan pada hasil percobaan dengan secara teoritis!
2. Hitung nilai tetapan pegas k dari tiap periode osilasi pegas dengan menggunakan persamaan 6.5!
3. Apakah nilai k yang diperoleh sama atau berbeda? Berikan penjelasannya!
4. Jelaskan faktor yang mungkin menjadi penyebab kesalahan pada hasil-hasil pengukuran pada percobaan!
f. Osilasi pada Pegas Pipih
5. Hitung nilai k yang diperoleh dari tiap periode osilasi pegas pipih dengan menggunakan persamaan 6.5!
6. Berikan penjelasan mengenai pengaruh simpangan terhadap periode osilasi dan nilai tetapan pegas! Bandingkan dengan hasil yang diperoleh dari percobaan!
7. Jelaskan faktor-faktor kesalahan pada percobaan yang telah dilakukan!
49 | P a g e
Modul 07
PANAS JENIS DAN KALORIMETER
F. Tujuan Percobaan
Menentukan kalor jenis benda menggunakan kalorimeter G. Teori Dasar
Bila benda yang suhunya lebih tinggi disentuhkan (atau dicampurkan) dengan benda yang suhunya lebih rendah, kalor mengalir dari benda yang suhu nya lebih tinggi ke benda yang suhu nya lebih rendah. Sebelum orang mengetahui bahwa kalor adalah energi, orang sudah menegtahui bahwa kalor yang diberikan sama dengan kalor yang diterima. Asas ini pertama kali ditemukan oleh ahli kimia Inggris kelahiran Perancis bernama Joseph Black (1728-1799). Oleh karena itu, asas ini dinamai Asas Black.
Kalorimeter adalah alat yang sengaja dirancang untuk mengukur kalor. Pada dasarnya kalorimeter adalah wadah (bejana) dari logam yang di “selimuti” atau diberi jaket agar kalor sukar pindah ke udara di sekitar bejana. Bejana ditutup dengan tutup yang terbuat dari bahan yang tidak menghantarkan kalor dan kalor jenisnya kecil, sehingga kalor yang diambilnya dapat diabaikan. Pada tutupnya terdapat lubang untuk memegang thermometer dan pengaduk. Pengaduk biasanya terbuat dari logam yang sejenis dengan kalorimeter. Kalor yang diambilnya sering diperhitungkan untuk memperoleh hasil yang lebih teliti. Gambar 7..1 memperlihatkan bagan sebuah kalorimeter dengan perlengkapannya.
Pada percobaan menentukan kalor jenis benda dengan menggunakan kalorimeter, kalorimeter diisi air. Benda yang kalor jenisnya hendak ditentukan dimasukan ke dalam kalorimeter (“dicampurkan”
dengan kalorimeter). Bila benda yang hendak ditentukan kalor jenis itu lebih tinggi suhunya daripada suhu kalorimeter (+isinya), benda tersebut memberikan kalor kepada kalorimeter. Akibatnya suhu kalorimeter beserta
50 | P a g e isinya naik, sedangkan suhu benda yang dimasukan ke dalam kalorimeter turun. Suhu akhir benda dan kalorimeter menjadai sama.
Misalkan massa benda yang hendak ditentukan kalor jenisnya itu , kalor jenisnya , suhu awalnya . Misalkan massa kalorimeter , kalor jenisnya , massa pengaduk , kalor jenis pengaduk , massa air di dalam kalorimeter , kalor jenisnya . Misalkan suhu awal kalorimeter dan isinya , dan . Setelah benda dan kalorimeter dicampurkan, misalkan suhu akhirnya menjadi . Suhu kalorimeter beserta isinya naik sebesar . Suhu benda yang hendak ditentukan kalor jenisnya turun . Jadi kalorimeter beserta isinya menerima kalor sebesar:
Benda yang kalor jenisnya hendak ditentukan memberikan kalor sebesar:
Menurut hukum kekekalan energi (Asas Black) . Jadi:
... (7..1) atau
... (7..2)
dapat dihitung jika besaran-besaran lain diketahui atau dapat diukur.
H. Alat-alat Percobaan
Adapun alat-alat percobaan yang digunakan yaitu sebagai berikut:
51 | P a g e Tabel 7..1 Alat-alat percobaan panas jenis dan kalorimeter
No. Alat Jumah
1. Termometer 1 buah
2. Kalorimeter 1 buah
3. Kubus materi 4 buah
4. Gelas kimia 250 mL 1 buah
5. Neraca 1 buah
6. Klem universal 1 buah
7. Pembakar spiritus 1 buah
8. Dasar statif 1 buah
9. Kaki statif 1 buah
10. Batang statif 250 mm 2 buah
11. Batang statif 500 mm 1 buah
12. Batang gelas 1 buah
13. Boss-head 2 buah
14. Tali nilon 1 gulung
I. Prosedur Percobaan g. Persiapan Alat
6. Siapkan alat-alat yang diperlukan sesuai dengan daftar alat.
52 | P a g e 7. Kenali bahan kalorimeter dan bahan pengaduk. Jika bahannya
sama, kalor jenisnya sama.
8. Ikat salah satu kubus materi, misal balok besi dengan benang.
9. Jepit gelas kimia menggunakan klem universal (gambar 7..2).
h. Menentukan Kalor Jenis Kubus Materi
1. Timbang kalorimeter kosong dan pengaduknya sebanyak 3 kali.
Jika bahan keduanya sama, penimbangan dapat dilakukan sekaligus.
2. Isi bagian kalorimeter dengan air bersih, lalu timbang sebanyak 3 kali dan catat massa nya.
3. Pasang kalorimeter dan perlengkapannya seperti pada gambar 7..1.
Gunakan termometer untuk mengukur suhu kalorimeter.
4. Tunggu barang menit, lalu baca suhu kalorimeter + isinya.
Catat hasilnya sebagai suhu awal . 5. Timbang kubus besi 3 kali.
6. Isi gelas dengan air bersih kira-kira sampai penuh.
7. Masukkan kubus besi ke dalam gelas kimia lalu tempatkan pemanas uap di atas kasa pada kaki tiga
8. Nyalakan pembakar spiritus dan pasang di bawah gelas kimia untuk mendidihkan.
9. Panaskan gelas kimia tersebut selama 2 menit hingga air mendidih.
10. Catat suhu air di dalam gelas kimia tersebut sebagai suhu awal benda yang dipanaskan .
11. Buka penutup kalorimeter, pegang jaketnya sedekat mungkin dengan gelas kimia. Lalu angkat kubus besi dari dalam gelas kimia kemudian segera masukkan ke dalam kalorimeter.
12. Tutup kalorimeter dan aduk sambil mengamati suhu yang ditunjukan termometer. Catat suhu setiap 15 detik sekali hingga diperoleh suhu yang konstan atau maksimum. Inilah suhu akhir kalorimeter + isinya .
53 | P a g e 13. Lakukan langkah serupa dengan diatas untuk menentukan kalor
jenis kubus materi lainnya (misal: kuningan, tembaga, aluminium).
J. TUGAS ANALISIS/PEMBAHASAN
1. Dengan menggunakn persamaan 7..2 dan data yang diperoleh , tentukan kalor jenis kubus materi tersebut
2. Gunakan data tambahan sebagai berikut:
3. Bandingkan nilai kalor jenis bahan yang diperoleh berdasarkan percobaan dengan kalor jenis bahan acuan!
4. Jika tidak sesuai bahas faktor-faktor kesalaan yang terjadi
54 | P a g e
STRUKTUR LAPORAN
COVER LAPORAN
Gunakan sesuai cover masing-masing Modul
55 | P a g e I. KONDISI LAB
KONDISI/WAKTU AWAL AKHIR
Temperatur Tekanan
II. TUJUAN PERCOBAAN
……….(Prolog) 1………
2………
Dst
III. ALAT-ALAT PERCOBAAN
……….(Prolog) 1………
2………
Dst
Sesuaikan dengan ala-alat percobaan yang digunakan pada praktikum.
IV. TEORI SINGKAT
Maksimal 32 baris. Berisi teori mendasar dan persamaan utama yang berkaitan dengan materi praktikum.
V. DATA PENGOLAHAN/PERHITUGAN
Berisi data pengolahan atau perhitungan dari data yang diperoleh.
VI. PEMBAHASAN
Format penulisan pembahasan adalah paragraf. Tidak diperkenankan menulis dalam format poin per poin. Bahan analisis sebagian akan diberikan pengarahan oleh asisten. Bila perlu menurunkan rumus, silahkan diturunkan pada pembahasan. Bila perlu menggambar grafik, silahkan langsung gambar.
VII. KESIMPULAN
Bagian ini secara umum menjawab tujuan. Format penulisan boleh menggunkan poin per poin.
VIII. SARAN
Bagian ini berisi saran-saran mengenai proses pelaksanaan praktikum.
Minimal 3 poin saran.
